Вниз по "кротовой норе"
Два американских исследователя подрубили под корень надежды на то, что наши потомки смогут почти мгновенно перемещаться во времени и пространстве по особым каналам в пространственно-временном континууме. Эту геростратову работу проделали Роман Баньи (Roman V. Baniy) и Стивен Хсу (Stephen D. H. Hsu), сотрудники Института теоретической науки (Institute of Theoretical Science) Орегонского университета (University of Oregon).
Идея таких путешествий настолько фантастична, что серьезные ученые вроде бы и не должны тратить свое драгоценное время на связанные с нею вычисления. Тем не менее, физики-теоретики занимаются ею вот уже два десятилетия. Однако главная прелесть в том, что пришла она в науку как раз из фантастики. Ровно двадцать лет назад, летом 1985 года, знаменитый астроном Карл Саган вовсю трудился над романом о межзвездных путешествиях. К тому времени его коллеги по литературному цеху давно отработали эффектный способ отправки своих героев к далеким мирам - прыжки через гипер-, супер- или подпространство (последним термином в молодости обожали пользоваться братья Стругацкие, которые со временем заменили его на нуль-транспортировку). Однако эта идея была чисто литературным приемом, никакого физического обоснования она не имела. Саган не захотел идти проторенным путем и решил ввести в свою книгу воображаемое транспортное устройство, которое можно было хоть как-то связать с общепринятыми физическими концепциями. Для вящей надежности он обратился за помощью к профессору Калифорнийского технологического института Кипу Торну, известному своими работами в области общей теории относительности (ОТО) и космологии.
История умалчивает о том, почувствовал ли Торн необходимость проявить солидарность с коллегой или его заинтересовала сама поставленная проблема. Как бы то ни было, Торн предложил двум своим аспирантам, Майклу Моррису и Улви Юртсерверу, выполнить необходимые вычисления. К тому времени уже давно было известно, что уравнения ОТО имеют решения, из которых вытекает возможность пространственно-временных каналов. В 1935 г. такие решения обнаружили Альберт Эйнштейн и работающий вместе с ним Натан Розен (следует отметить, что сходную идею девятнадцатью годами ранее высказал австриец Людвиг Фламм). Впрочем, даже те немногочисленные теоретики, которым была известна эта работа, полагали, что так называемый "мост Эйнштейна-Розена" в принципе нельзя использовать для космических путешествий. Однако Моррис и Юртсервер математически доказали, что на самом деле все обстоит иначе. Оказалось, что пространственно-временной канал можно искусственно создать и даже поддерживать в открытом состоянии, если заполнить его вход экзотическим веществом или полем, оказывающим негативное давление на свое окружение. Подобная субстанция должна иметь отрицательную массу и, следовательно, отталкиваться от обычной материи - иначе говоря, антигравитировать. Созданный с ее помощью канал "закорачивал" бы отдаленные области пространства и поэтому позволял покрывать межзвездные и даже межгалактические расстояния за разумное время. Существует даже возможность использовать такой туннель и как машину времени во вполне уэллсовском смысле этого термина.
Сотрудничество астронома-литератора и его коллег-физиков оказалось взаимно выгодным. Саган опубликовал фантастический бестселлер "Контакт", а работа Морриса и Юртсервера породила целую литературу о пространственно-временных туннелях, или, как их стали именовать, "кротовых норах" или "червоточинах", wormholes (это выражение еще в 1956 году придумал тот самый физик Джон Арчибальд Уилер, которому наука обязана термином "черная дыра"). В дальнейшем выяснилось, что для пространственно-временных путешествий годятся только "червоточины" определенного вида, получившие название лоренцовских, да и то не все (а есть еще и евклидовские). Впрочем, это уже технические детали.
Что же сделали ученые из Орегона? Они теоретически рассмотрели лоренцовские "кротовые норы" двух различных типов, квантового и полуклассического. "Кротовые норы" первого рода подчиняются как уравнениям ОТО, так и принципам квантовой механики, и поэтому испытывают сильные флуктуации - точнее, такие флуктуации претерпевает их пространственно-временная метрика. А вот полуклассические "норы" пролегают пусть и в искривленном, но все же не пузырящемся пространстве-времени, и таким флуктуациям они практически не подвержены. Поскольку их динамика более предсказуема, они вроде бы куда лучше подходят для перемещений во времени и пространстве. Если эта логика верна, конструкторам космических транспортных магистралей далекого будущего следует заняться только полуклассическими "кротовыми норами".
Однако в науке элементарная логика часто подводит - как и в данном случае. Баньи и Хсу показали, что полуклассические "норы" в высшей степени нестабильны. Это означает, что даже если бы удалось построить устройство, открывающее такую червоточину в нужное время и в нужном месте, оно тут же перестало бы работать. А вот к квантовым "кротовым норам" этот вывод не относится, они способны действовать достаточно долго, чтобы пропустить через свою горловину космический корабль со всеми его пассажирами. Но радоваться рано. Квантовая "нора" будет работать с совершенно непредсказуемым результатом - все из-за тех же флуктуаций. Если вам надо лететь к Веге, она может вас доставить к Сириусу, а то и вовсе выбросить к динозаврам. В общем, как пишут Баньи и Хсу, "кротовые норы" и машины времени не могут одновременно быть и предсказуемыми, и устойчивыми". Куда ни кинь, всюду клин - воистину, нет в жизни счастья.
Из работы орегонских ученых следует и еще одно следствие, которое гораздо ближе к тем проблемам, что стоят перед наукой на современном ее этапе. Гипотетическая субстанция с отрицательным давлением, необходимая для изготовления "кротовых нор", во многом похожа на недавно открытую темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью. Многие физические параметры, присущие этой "энергии", выяснить пока не удается, а знать их хотелось бы. Так, до сих пор не исключено, что в далеком будущем будет реализован сценарий "Большого хруста": темная энергия со временем может разорвать на клочки всю обычную материю от галактик до атомов. Однако из вычислений Баньи и Хсу вытекает, что особо "могучая" темная энергия как правило теряет стабильность и, так сказать, саморазрушается. Поэтому можно надеяться, что космос будет и дальше разлетаться умеренными темпами.
Обсудить
Статьи по теме
Вниз по "кротовой норе"
Гипотетическая субстанция с отрицательным давлением, необходимая для изготовления "червоточин" (то есть особых каналов в пространственно-временном континууме, по которым можно почти мгновенно перемещаться во времени и пространстве), похожа на недавно открытую темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью.
Рябь пространства-времени может объяснить феномен "темной энергии"
Разработана новая теория, способная объяснить ускоряющееся расширение Вселенной, причиной которого ныне считается загадочная "темная энергия". Другой возможный кандидат - это "рябь" в пространстве и времени, возникшая на самых ранних этапах развития нашего космоса. Зона этой "ряби" простирается далеко за пределы той области окружающего нас мира, которую мы можем наблюдать с помощью любых телескопов.
Возможность открытия темной энергии была упущена в 70-х годах прошлого века
Открытие таинственной темной энергии, которая служит причиной ускоренного расширения Вселенной, произошло в 90-х годах прошлого века в результате изучения взрывов удаленных сверхновых определенного типа. Однако теперь выясняется, что свидетельства существования темной энергии у астрономов имелись по крайней мере тридцать лет назад.
"Чандра": Выявлено местонахождение потерянной материи
Удалось выявить местонахождение двух обширных облаков горячего межзвездного газа, которые могут быть связаны с некоторой частью таинственной скрытой материи. Компьютерное моделирование показывает, что эта невидимая материя должна формировать паутинообразную структуру из газовых облаков, внутри которых образуются скопления галактик. Эти облака до сих пор никто не мог обнаружить из-за их чрезвычайно низкой плотности.
Вселенная во власти "темной энергии": новое доказательство
Наблюдения за отдаленными квазарами показывают, что основная часть энергии во Вселенной содержится в форме таинственной "темной энергии". Долгое время считалось, что модель расширяющейся Вселенной, по крайней мере, на современном ее этапе, позволяет обойтись без этой новой сущности.
Темная энергия: астрономы узнали время "космического рывка" в истории Вселенной
Адам Рисс и его коллеги с помощью космического телескопа "Хаббл" наблюдали 6 вспышек от отдаленных сверхновых, которые взорвались приблизительно 9-11 млрд лет назад. Выяснилось, что свет от этих взрывов был менее ярок, чем ожидалось, исходя из их красных смещений и современных темпов расширяющейся Вселенной, это доказывает, что расширение Вселенной в те отдаленные времена замедлялось. А вот момент, когда сила темной энергии преодолела гравитацию, положил начало все ускоряющемуся расширению нашей Вселенной, которое продолжается до сих пор.
Темная энергия уходит в тень: получено новое свидетельство существования антигравитации
Астрономы Слоановского цифрового обзора неба объявили о получении еще одного независимого свидетельства существования таинственной темной энергии. Исследователи нашли своеобразный отпечаток темной энергии (или, как они называют это явление, "тень" темной энергии) путем изучения корреляций между изображениями миллионов галактик, полученных в ходе реализации программы SDSS, и картой распределения вариаций температуры реликтового излучения, "нарисованной" зондом WMAP.
Неуловимая темная материя блуждает как пьяный матрос
До недавнего времени предполагалось, что таинственное темное вещество распределяется равномерно в массивном ореоле вокруг каждой галактики. Это не совсем верно. Такие ореолы действительно существуют, но состоят они из тысяч отдельных скоплений, которые можно воспринимать как своеобразные "темные" спутниковые галактики.
Квазары порождают новые загадки
Квазары - самые яркие объекты во Вселенной - сформировались в относительно небольших галактиках. Согласно новому исследованию, эти сверхмассивные черные дыры появились вскоре после Большого взрыва и набрали свой вес на удивление быстро - быстрее, чем галактики, окружающие их. Астрономы попытались "вычесть" из общего излучения древнейших источников интенсивный свет их центрального квазара, чтобы непосредственно разглядеть "родительские" галактики, в которых развился тот или иной "монстр".
Галактики, проевшие дырки в космосе, устроили Космический Ренессанс
Астрономы в очередной раз обнаружили наиболее отдаленную галактику из всех, известных на настоящий момент. Она находится от нас на расстоянии приблизительно 13,2 миллиарда световых лет. Излучение от этой галактики, именуемой Abell 1835 IR1916, доносит до нас информацию о Вселенной, которой было только 3 % от ее теперешнего возраста. Этот свет был испущен спустя примерно 470 миллионов лет после Большого взрыва и может рассказать нам о том, как формировались первые галактики после "темных веков", имевших место в истории ранней Вселенной.
"Хаббл" и пара телескопов "Кек" нашли галактику, знаменующую конец "темных веков"
Международная группа астрономов обнаружила новую "рекордную" по удаленности от нас галактику во Вселенной. Расположенная приблизительно в 13 млрд световых лет от Земли, она выглядит такой, какой была спустя всего лишь 750 млн лет после Большого взрыва, когда Вселенной исполнилось только 5 % от ее нынешнего возраста. "Ископаемая" галактика была идентифицирована объединенными усилиями космического телескопа "Хаббл" и пары телескопов Кек на Гавайях. Кроме земной и околоземной техники астрономам на помощь также пришел эффект естественной "космической гравитационной линзы", которая усилила яркость отдаленного объекта.
После Большого взрыва свет не спешил "отделяться от тьмы"
Во времена одного из самых ранних периодов своей истории Вселенная была почти вся сплошь "затянута" туманом из атомов водорода и гелия. Даже яркое ультрафиолетовое излучение самых первых звезд в новорожденных галактиках не могло пробиться через эту всепоглощающую завесу из газа, что дало астрономам повод назвать эту космическую эру "темными веками". Только по прошествии сотен миллионов лет первородные звезды смогли постепенно разогреть и ионизировать окружающий газ, преобразовав непроницаемый океан космоса в современное прозрачное космическое пространство. Возможно даже, что переионизация протекала в ходе двух различных фаз, связанных с первым и вторым поколениями звезд.
Раз в 10 000 лет Земля купается в темной материи
Солнечная система в своем движении через космическое пространство может регулярно сталкиваться с чрезвычайно разреженными скоплениями экзотических элементарных частиц, сохранившимися со времен раннего детства Вселенной. Об этом свидетельствуют вычисления швейцарских физиков.
Сколько годков Галактике
Получена важная информация о возрасте Млечного пути. Новая оценка основана на измерении уровня бериллия-9 в древнейших звездах шаровых скоплений - спутников нашей Галактики. Таким образом выяснилось, что она существует уже около 13,6 миллиарда лет (плюс-минус 800 миллионов).
Черные дыры разрушили теорию призрачных частиц
Недавно появилась интересная теория, которая претендует ни много ни мало, как на раскрытие всех основных тайн современной космологической науки. Эта теория "призрачного конденсата" появилась в прошлом году. Предполагается, что межзвездный вакуум заполнен своеобразной "жидкостью" или "флюидом" из призрачных частиц. Однако согласно последним вычислениям, черные дыры, населяющие нашу Вселенную, могли бы очень быстро "выхлебать" любую подобную "жидкость".
На крупнейшей карте Вселенной обнаружили темную энергию
Астрономы составили самую детальную на текущий момент 3D-модель окружающей нас Вселенной и уверены, что эта карта позволяет откинуть все сомнения по поводу "темной энергии": она действительно существует и заполняет весь космос.
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Немецкие математики установили, что Вселенная по форме напоминает дудку
Вселенная может иметь форму не какого-нибудь там шара или додекаэдра, а... рожка или горна. Точнее говоря весь наш космос вытянут в этакую длинную трубку, с узким концом с одной стороны и "раструбом" с другой. Такая "конструкция" нашей Вселенной кроме всего прочего подразумевает, что она конечна, а в каких-то ее местах встречаются области, где можно увидеть собственный затылок.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Чандра" открывает новый этап в исследованиях темной энергии
Полученные космической рентгеновской обсерваторией "Чандра" снимки ионизированного газа в скоплениях галактик позволили астрономам применить новый метод определения массы и энергии, содержащихся в нашей Вселенной. Было получено независимое подтверждение небывалого явления: примерно 6 млрд лет назад стадия замедляющегося расширения Вселенной прекратилась и сменилась стадией ускоренного расширения, продолжающегося до сих пор.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Теория "холодного темного вещества" получила экспериментальное подтверждение
Канадским астрономам из Университета Торонто удалось измерить протяженность и определить форму массивных невидимых галактических ореолов, состоящих, согласно современным теориям, из темного вещества. Выяснилось, что размеры таких ореолов могут в 5-8 раз превышать видимые размеры галактик (то есть светящееся вещество - звезды). Ученые использовали в своих целях эффект, называемый "гравитационным линзированием".
Физика: 9 важнейших нерешенных вопросов
Череда недавних громких астрономических открытий заставила признать тревожный факт: та материя во Вселенной, про которую мы хоть что-то знаем, составляет не более 5% нашего мира. А остальное приходится на неизвестные формы "темного вещества" и "темной энергии". При этом резко повысилась роль физики элементарных частиц, от которой теперь требуют раскрытия основных законов природы, управляющих этим самым темным веществом, темной энергией и т.д.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Новости по теме
